煤矿高压漏电智能选线、整定计算与预警系统的研究与应用

煤矿高压漏电智能选线、整定计算与预警系统的研究与应用

蒋道丹

（山西焦煤物资装备有限公司 生产技术中心 山西临汾 041000）

摘  要：煤矿供电系统较为复杂，现场作业环境差，高压电网单相接地故障时有发生，引起两相或三相短路故障，造成矿井大面积停电。本文提出一种煤矿高压漏电智能选线、整定计算与预警系统，综合运用电网测控技术、计算机通讯、人工智能机器学习及漏电保护整定等技术，实时监测电网各种参数，合理计算漏电保护定值；利用小电流接地自动选线技术，快速查找故障线路；利用电网信息共享预警平台，通过手机查看接收电力参数和故障信息。该系统功能齐全，界面丰富，设置简单，使用方便，收到较好的效果。

关键词：煤矿高压漏电；小电流智能选线；漏电保护整定计算；电网信息共享预警平台。

Research and Application of Intelligent Line Selection Setting Calculation and Early Warning System for High Voltage Leakage in Coal Mine

Abstract：The power supply system of coal mine is relatively complex, and the on-site working environment is poor. The single-phase grounding fault of high-voltage power grid often occurs, which causes two-phase or three-phase short circuit fault and large area power outage of coal mine. In this paper, an intelligent line selection, setting calculation and early warning system for high voltage leakage in coal mines is proposed. The technology of electrified wire netting measurement and controltechnology, computer communication, artificial intelligence machine learning and leakage protection setting are comprehensively used to monitor various parameters of the electrified wire netting in real time and reasonably calculate the leakage protection setting; Using the automatic line selection technology of small current grounding, quickly find the fault line; Use the power grid information sharing early warning platform to view and receive power parameters and fault information through mobile phones. The system has complete functions, rich interfaces, simple settings, convenient use and good results.

Keywords: High voltage leakage in coal mine; Small current intelligent line selection; Leakage protection setting calculation; Power grid information sharing early warning platform.

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1、序言

《煤矿安全规程》规定：“矿井6000V及以上高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流，生产矿井不超过20A，新建矿井不超过10A。”煤矿供电系统中，通常采用小电流接地选线装置和漏电保护器来实现单相接地故障的保护功能。目前，煤矿高压电网漏电保护存在的主要问题包括漏电保护不能正确选线、开关漏电保护原理选择不正确、开关漏电保护定值整定不正确、没有漏电隐患提前预警功能以及没有建立信息发布机制等。因此，开展煤矿漏电监测与保护技术研究，通过技术手段实现供电系统发生漏电故障时，能够准确自动判断查找故障点，快速切除故障线路，对隐患线路进行预警，合理整定漏电保护定值，解决煤矿供电管理的难题。本文介绍一种煤矿高压漏电智能选线、整定计算与预警系统，可有效解决煤矿高压漏电存在的上述难题。

2、系统组成与功能

2.1 系统组成

煤矿高压漏电智能选线、整定计算与预警系统（以下简称系统）是一套综合性的智能监控系统，旨在提高煤炭企业的电气安全水平。该系统通过先进的电网智能测控装置来不间断监测矿区的电网状态，确保对电网的实时监控。小电流接地智能选线装置通过检测电流的变化来确定故障电路，从而实现快速的故障选线，这对于煤矿这样的大型企业来说是至关重要的。漏电智能诊断与保护定值计算软件则负责分析测控装置采集到的数据，计算保护装置的定值，并通过智能算法对潜在的漏电风险进行评估和预警。它能够提供有效的数据支持，以方便决策者及时做出调整和响应。测控中心站（上位机）是监测系统的神经中枢，负责接收各个装置传来的数据，展示监测状态，并作出指令下达决策。网络传输设备则保证了数据传输的高效率和可靠性，确保了监测数据能够实时传输到测控中心站。此外，计算机及云平台的支持使得系统具备了大数据处理能力和远程监控功能，极大地提升了系统的智能化水平和应急响应能力，增强了煤矿电气系统的安全运行与管理效率。系统整体结构图如图1所示。

图1  系统整体结构图

2.2系统工作过程

本系统的建立和使用，在煤矿的高压电网安全运行方面扮演着举足轻重的角色。它不仅能够监控电网的正常运行情况，也能在发生单相漏电故障时迅速响应。通过利用电网测控技术，系统可持续跟踪电网状态，监测电压、电流等关键参数，以实现实时监控和故障检测。结合计算机通讯技术，系统能够实现数据的远程传输，确保测控中心站能够接收到各监测点的实时数据。这样的通讯技术支持使得系统不受地理位置限制，能够实现对分散在不同区域的煤矿电网设备的集中监控，大幅提升了监控效率。此外，人工智能和机器学习技术的融合让系统在分析和判定漏电性质方面更加智能化，它能够学习和模拟正常及故障状态下的数据模型，从而在漏电发生时，快速准确地识别出漏电点，减少故障判断的时间，提高处理故障的效率。系统还结合了继电保护整定技术，通过智能算法计算出最优的保护装置定值，保证在漏电事件发生时能迅速切断故障电路，从而最大程度地减轻损失和风险。煤矿高压电网的小电流接地自动选线技术也得到了应用，能够在漏电故障发生时，自动迅速选线并隔离故障线路，以保证其它区域的电网正常运行，确保安全生产不受影响。故障信息预警发布技术则通过分析系统收集到的数据，在预兆性故障发生前，系统就能发出预警，通知机电管理人员提前采取措施，结合实时故障通知，可以大大减少故障处理的反应时间。最后，电网运行大数据分析处理技术则为煤矿的电力系统带来了智能化的决策支持。系统通过搜集历史及实时数据，利用大数据分析技术，挖掘供电运行规律，为今后的电网规划、维护、升级提供科学依据。通过建立和更新企业电力系统数据库，系统可以帮助管理者在长远规划中制定更为科学合理的策略。

    （1）装置采集模块连续采集数据、存储与传输。电网综合测控装置及漏电监测装置对煤矿地面变电所主变压器二次侧母线的电压、频率、谐波、零序电压、零序电流等各种运行参数与故障参数进行连续采集。测控装置将采集的电网参数通过接口实时上传到测控中心站存储，并将测控中心站保存的各种海量数据传输到智能分析模块。

（2）智能分析诊断模块在煤矿高压电网安全监控体系中扮演着关键角色。一旦电网发生接地故障，这个模块立即启动，快速处理实时采集到的故障信号和参数。利用嵌入的算法和逻辑，该模块综合运用了基于谐波分析、零序电流比较、波形识别等多种先进的选线原理，对不同类型的故障信号进行智能化比对和判断。通过对参数的细致分析，智能分析诊断模块能够高效地识别出电网中发生故障的确切位置，极大缩短了从故障检测到定位的时间。除了确定故障线路，模块还能够深入分析故障的性质，区分出是金属性接地故障、间接接地故障，还是由于电弧造成的接地故障等，提供更详细的故障诊断信息。通过该智能模块的分析结果，运维团队能够迅速采取最适合的维修方案，快速恢复电网的正常运行，确保生产的连续性和员工的安全。

（3）智能分析模块在漏电保护定值的计算中起到了关键的作用，保证了煤矿高压电网在漏电情况下的可靠性和安全性。为了精确计算出漏电保护定值，首先建立了一个包含多个参数的漏电保护定值计算模型。这个模型结合了电网的实际运行特性和漏电特点，综合考虑如地质条件、电缆材料、历史故障数据等多种因素。通过对电网进行至少3到6个月，甚至更长时间的连续实时监测，模块搜集了大量的运行数据。这些数据不仅包含了正常运行状态下的参数，如电压、电流等，还包括了各种不同的漏电事件数据，为统计分析提供了可靠的基础。智能分析模块运用专门设计的算法对收集到的数据进行深入分析，通过漏电事件的频率、持续时间以及影响范围等指标，对计算模型进行反复验证和优化。在反复的测试和调整过程中，模块逐步缩小了漏电保护定值的范围，以求达到既不会因为敏感度过高而频繁误动，也不会因为定值过高而造成检测不出真正的漏电情况。

（4）智能分析模块是电网安全监管的一大助力。当电网中的某条线路出现绝缘性能降低的问题时，它通常会引起系统的零序电压和零序电流等关键参数的异常，这是判断电网潜在故障的重要信号。智能分析模块便利用这些监测到的数据变化，通过内置的高级算法和数据处理技术实施分析判断。该模块具备高灵敏度和快速响应能力，能够从庞大且复杂的电网运行数据中识别出不符合正常运行模式的特征，并进而定位到具体存在隐患的线路。通过精确的数据分析，模块不仅可以准确定位到潜在问题，还能自动生成隐患预警信息，这些信息会立即发送给运维管理人员。

（5）建立智能计算诊断与预警信息发布平台。针对云服务器长期保持的各种电网监测数据，定期分析电网运行质量和故障发生规律，将诊断分析计算的故障定性、故障定位、漏电定值、预警信息及电网运行数据，通过信息发布模块发送到企业监控大屏、用户电脑和手机端，便于值班人员、技术人员及管理人员日常管理和故障快速处置。

3、系统主要技术原理

（1）采用高压电网漏电监测技术，实时监测各种运行参数。监测煤矿电网不同季节、不同时段对地绝缘状态、零序不平衡电压及对地电容（最大值、最小值、平均值）等参数，监测故障状态下（金属性接地、间接接地、电弧接地等）零序电压、对地电容及电容电流等参数。根据实际监测的参数，对煤矿高压电网单相接地的性质进行判断。电网中的单相接地    接地故障判定条件(以A相接地为例)

金属性接地：如果发生A相完全接地，则故障相的电压降到0，非故障相的电压升高到线电压，此时，电压互感器开口三角处出现100V电压，线电压不变。

故障相电压：    ＝0 V

健全相电压：    =＝100 V

开口三角电压：  ＝100V

线电压：        ===100V

非金属性接地或称高电阻接地：当发生一相（如A相）不完全接地，即通过高电阻或电弧接地时，中性点位移。这时故障相的电压降低，但不为0；非故障相的电压升高，大于相电压但不大于线电压，电压互感器开口三角处的电压升高，但小于100V，线电压不变。

故障相电压：   0 V＜＜57.7V

健全相电压：   57.7 V＜＝＜100V

开口三角电压： 0 V＜＜100V

线电压：       ===100V

电弧接地：如果发生A相完全接地，则故障相的电压降低，但不为0，非故障相的电压升高到线电压。此时电压互感器开口三角处出现100V电压，线电压不变。

故障相电压：   0 V＜＜57.7V

健全相电压：   ＝＝100V

开口三角电压： ＝100V

线电压：       ===100V

（2）漏电定值计算技术。漏电保护参数采用经验数据查表法选取时，可参考表1中参数变化规律，对电网总电容小于或等于时其最小起动电流应取小些，最大整定电压应取大些，而对于电网总电容大于时其最小起动电流应取大些，最大整定电压应取小些。

表1 6～10kV中性点不接地电网漏电保护确定表

（3）利用小电流接地自动选线技术，自动快速查找故障线路。由于煤矿供电系统复杂，特别是采用经消弧线圈接地系统，单相接地故障自动选线难度加大，目前国内单相接地选线装置应用效果并不理想，大部分采用单一原理的选线技术，导致选线装置选线准确率整体较低。随着电力系统的高速发展，对变电站自动化水平的要求也越来越高，本系统采用多种选线原理，利用人工智能技术综合比对，实现单相接地故障自动、快速、准确选线。

（4）建立电网信息共享预警平台，实现快速处置故障。建立煤矿高压电网正常运行与故障状态预警平台，用户通过APP或微信公众号，及时将经过智能筛选的供电系统主要运行参数，发送到值班人员、技术人员及管理人员的电脑端和手机上，方便日常管理。当发生故障或停电事故时，立即将故障信息推送到管理人员手机上，便于及时启动应急预案，快速指挥处置故障。

4、应用效果

通过研究和实施智能监测与分析系统，矿井供电系统的管理变得更加高效和可靠。用户可以实时监控矿井供电系统在正常和故障条件下的详细电力参数，这些参数包括相电压、线电压、频率、系统零序电压以及各个线路的零序电流等。这一功能提供了全面的电网状态快照，使得工作人员能以前所未有的精度和清晰度了解电网状况。系统的另一个显著优势在于其对保护定值计算的应用，用户不仅可以查看当前的电力参数，还可以基于这些实时数据，利用系统提供的计算工具来计算高压开关的漏电保护定值，即零序电压和零序电流的设定值。这大大减少了因保护定值设置不当而导致的故障或误动作，优化保护系统的性能和可靠性。在高压电网发生单相漏电问题时，系统具备迅速反应的能力。它可以快速分析故障信号，准确地确定受影响的故障线路编号以及漏电的性质和程度。

5、结束语

煤矿高压漏电智能选线与预警系统，功能齐全，界面丰富，设置简单，通用性强，使用方便，除了很好的解决了本矿的漏电智能选线、整定计算与预警，还可以推广至其他不同煤矿单位的漏电监测、选线与智能预警。

参考文献：

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[3] 陈仁明，黄稳，任雅萍，张维峰，吴皓驹. 煤矿高压漏电保护原理与整定技术[M].合肥：安徽科学技术出版社，2020.

[4] 贺家李，李永丽，董新洲，李斌.电力系统继电保护原理（第四版）[M].北京：中国电力出版社，2010.

作者简介：蒋道丹（1985-），男，籍贯安徽省淮南市，中共党员，工程师，2009年毕业于辽宁工程技术大学电气自动化专业，工作单位山西焦煤物资装备有限公司生产技术中心，主要从事矿井机电装备、配件技术管理，维修管理，智能化管理等工作，主要研究领域为煤矿供电技术管理、机电设备技术管理和矿用输送带安全检测，邮编041000，山西省临汾市尧都区中骏国际四期八号楼，18735943812,632609728@qq.com

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